如果你是一名健身愛好者，或者只是想增加一些體重，使自己的肌肉增多一些，那么，你挑戰自己的肱二頭肌、肱三頭肌、股四頭肌、胸大肌、三角肌、背闊肌、斜方肌、腹肌、臀大肌、小腿肌肉以及腘繩肌，等等，就很容易追蹤觀察你的健身效果。你可以采用錄像的測量方法，或者簡單地每天照一照鏡子，感受一下你的進步。如果你采用跑步、騎車或游泳等方法來增強耐力，那可以通過測量心率、呼吸的方式來觀察你的進展，也可以看自己能夠持續地跑、騎、游多長距離，直到肌肉由于乳酸的累積而顫抖為止。
但如果你要挑戰自己的心理能力，比如說，想要精通微積分、學會演奏一件樂器或懂一門外語，那就不同了。要觀察你的大腦因這些挑戰而發生的改變并不容易，因為它會逐步地適應你強加給它的日益提高的要求。艱苦地訓練一天后，你的大腦皮層并不會酸痛。你的腦袋也不會真的變大，不必由于以前的帽子現在戴不下了，而出去重新買頂新帽子。你不用在額頭上訓練出六塊肌肉來。由于大腦中的任何變化你無法親眼看見，所以你很容易以為，這些訓練真的不會給你帶來太大的變化。
不過，這是錯誤的。越來越多的證據表明，大腦的結構與運行都會為了應對各種不同的心理訓練而改變，而且，很大程度上像你的肌肉和心血管系統響應體育鍛煉那樣。在諸如核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等腦部成像技術的方法幫助下，神經學家開始研究擁有特定技能的人們的大腦與不具備那些技能的人們的大腦，到底有什么區別，同時，他們開始探索各種練習可以產生哪些類型的改變。盡管在這個領域中，要學習的知識依然很多，但我們已經足夠清楚地知道，有目的的練習和刻意練習，怎樣既增強我們的身體能力，又強化我們的心理能力，并使我們能夠做一些此前從沒做過的事情。
關于我們的身體怎樣適應訓練，我們了解到的絕大多數知識來自對跑步運動員、舉重運動員和其他各類運動員的研究。不過，有趣的是，迄今為止，科學界圍繞“大腦為響應大量訓練會怎樣改變”而開展的一些質量最高的研究，并沒有聘請音樂家、棋手或數學家作為研究對象（這些更傳統的研究對象，一般用來研究訓練對表現和水平所產生的影響），而是請出租車司機參與其中。
倫敦出租車司機的大腦
世界上幾乎沒有哪座城市可以像倫敦那樣使GPS系統陷入混亂。首先，這座城市并沒有由大道構成的道路網絡來指示方位和路徑，好比紐約曼哈頓、巴黎或東京那樣。相反，城市的主干道相互之間都形成奇怪的夾角。主干道則呈曲線狀地彎曲著。城市中到處都是單行道，環形交叉路和“斷頭路”也隨處可見，而且，泰晤士河在城市中央穿過，因此，倫敦的市中心被十幾座橋梁跨過，使得人們在這座城市中不論進行多長時間的旅行，可能都得至少跨過一座橋梁（有時候甚至更多）。此外，倫敦市采用古怪的編號系統，有時候會讓你搞不清楚，要到哪里才能找到某個特定的地址，即使你已經找對了地址上標明的街道。
所以，對游客來說，最好的建議是別想著租一輛帶車載導航的車去環游倫敦，而是要靠這座城市的出租車司機把你帶到想去的地方。他們無處不在，而且有著令人震驚的能力，能以最高效的方式把你從甲地載到乙地，不僅考慮了各種可行路線的長度，考慮了一天中的時間、預期的交通狀況、臨時路況以及道路關閉情況，還可能想到了與旅行有關的其他各種細節。在倫敦，大約有2.5萬名出租車司機，每天駕駛著他們像箱子似的大型黑色出租車，穿梭于城市的大街小巷。另外，你告訴出租車司機自己想去某個地方，不一定要提供傳統的街道地址。假設你打算再逛一次查令十字街上那家專賣各種時髦帽子的小店，你又無法完整回憶起來它的名字，比如Load抯或Lear或類似的名字，但你記得，帽子店的隔壁是一家出售紙杯蛋糕的面包房，沒關系，有這些信息就夠了。把你知道的一切都告訴出租車司機，很快你會發現，出租車就跟自動導航似的，把你載到了那家店鋪的門前。
世界上最難的測試
你可能想到了，鑒于普通人在倫敦很難找到正確的路徑，并不是人人都可以當好倫敦的出租車司機。事實上，在倫敦，要想當一名獲得許可的出租車司機，必須通過一系列測試，這些測試一直被人們認為是世界上最難的測試。測試由倫敦的交通部門管理，那個機構將“知識”（也就是出租車司機必須了解的信息）描述為如下內容。
為了獲得許可，成為一名“全倫敦”的出租車司機，你得對以查令十字街為圓心的約9.6千米的半徑范圍內的區域有全面的了解。你得知道：所有的街道，房產，公園和開放區域，政府機構和部門，金融和商業中心，外交機構，市中心，登記辦事處，醫院，宗教場所，體育場館和休閑中心，機場，車站，酒店，俱樂部，劇院，電影院，博物館，藝術會展中心，學校，學院和大學，警察局和總部建筑，民事、刑事和驗尸官法庭，監獄，以及游客感興趣的其他地點。事實上，出租車乘客可能到達的任何地點，都得掌握。
以查令十字街為圓心的9.6千米的半徑范圍內，大約有2.5萬條街道。但是，想要成為出租車司機的人士，必須熟悉比那個數目還要多的街道與建筑物。任何的地標性建筑，你都可以拿來參照，但也許沒什么用。2014年，《紐約時報》雜志刊登了一則關于倫敦出租車司機的新聞故事。故事講道，主管測試的機構曾經讓一位參加測試的出租車司機把主考官帶到一尊“手拿奶酪”的兩只老鼠的雕像面前；那尊雕像只有1英尺高（約為0.3米），周圍全是高聳入云的建筑物。
還要指出的是，參加測試的出租車司機還得向主考官顯示，他們可以盡快從甲地到達乙地。測試包括很多“回合”，主考官給出倫敦的兩個地點，被測試對象必須先說出兩個地點的精確位置，描述出它們之間的最佳線路，然后依次說出沿途每一條街道的名字。每一回合測試結束后，都由主考官根據出租車司機答案的準確性進行打分，然后，隨著分數的累積，測試變得越來越難，因為主考官對終點的描述會越來越模糊，行駛路線也更長、更繞、更復雜。到最后，大約一半甚至更多的出租車司機在測試中被淘汰。沒被淘汰并獲得許可的那些人，早已將倫敦的地圖內化于心，某種程度上好比胸中裝著谷歌地圖，可以隨時調用衛星照片，具有深不可測的記憶力和處理能力。只要乘客提供模糊的地址，他們便能駕駛著裝有攝像頭的出租車，準確地把客人載到指定目的地。
為了掌握那些“知識”，打算參加測試的出租車司機要花上數年時間，把倫敦的大街小巷全都熟記于心，并做好筆記，詳細記錄哪個地方是怎樣的，以及如何從這里去往那里。第一步是掌握指導手冊中提供給出租車司機候選者的320回合的清單。對于某個特定回合，候選者通常首先借助摩托車，實地走一遍各種可能的線路，搞清最短的路徑是什么，然后再實地探索這些線索的起點和終點附近地區。這意味著要在那些地方約400米的范圍內閑逛，把周圍的建筑物以及附近的標志性建筑拿筆記下來。反復這樣做過320次之后，參加測試的出租車司機已經積累了倫敦市內320條最佳線路，而且探索并記下了查令十字街周邊9.6千米內的中心地帶的每一處位置。這是一個開始，但成功的候選者還得繼續挑戰自己，以確定許多其他回合的最佳路線是不是也在清單上，并記下他們此前可能漏記了的，或者也許是最近才建成的建筑物和地標。事實上，即使是已經通過測試并獲得許可的倫敦出租車司機，也要繼續提升他們對倫敦街道的掌握。
由此而產生的記憶力和導航技能，讓人感到震驚，因此，對于有興趣了解這些現象，特別是了解人們如何學習導航技能的心理學家來說，倫敦出租車司機有著不可抗拒的吸引力。倫敦大學學院的神經系統科學家埃莉諾·馬圭爾（Eleanor Maguire）曾對出租車司機進行了迄今為止最深入的研究，那些研究也向我們揭示了訓練如何影響大腦。
大腦就像肌肉，越練越大
早在2000年，馬圭爾就發表了關于出租車司機的研究成果，那是她圍繞這一主題的最早研究成果之一。她利用核磁共振成像來觀察16位出租車司機的大腦，并將他們與另外50位男性的大腦進行比較，后者年齡與出租車司機相仿，但沒有從事出租車司機的職業。她特別觀察了海馬體，也就是大腦中涉及記憶發展、形狀像海馬的部位。通過空間導航和記住空間中事物的位置，尤其能夠激活海馬體（實際上，每個人都有兩個海馬體，它們分別位于大腦的兩側）。例如，那些在不同地方貯存食物的鳥類，必須能記住不同的位置，因此，和另一些與之有緊密親緣關系的、但不會在不同地方貯存食物的鳥類相比，前者的海馬體相對較大。更重要的是，至少在某些鳥類中，海馬體的大小十分靈活，有的大，有的小。有些鳥的海馬體因存儲食物的經驗增大了30%，人類是不是也一樣呢？
馬圭爾發現，在出租車司機的大腦之中，海馬體的一個特定部位比其他實驗對象更大，這個部位是海馬體的后部。此外，當出租車司機的時間越長，海馬體的后部也就越大。幾年之后，馬圭爾又進行了一項研究，將倫敦出租車司機與公共汽車司機進行對比。公共汽車司機也在倫敦開了好幾年車，不同的是，公共汽車司機幾年來只反復走一條線路，不必去思考從甲地到乙地的最佳線路是什么。馬圭爾發現，出租車司機的海馬體后部，明顯比公共汽車司機海馬體的同樣部位大得多。這其中的含義很清楚：不論是什么原因導致海馬體后部的尺寸產生如此大的差別，都與駕駛汽車本身并沒有關系，而是與職業要求的導航技能有特定的關系。
不過，這一結論依然不夠嚴謹：也許研究中的出租車司機從一開始就擁有后部更大的海馬體，使得他們在倫敦尋找位置和路線更有優勢，而他們接受的這種廣泛的測試，只是一個淘汰程序，以重點關注符合條件的出租車司機。這些司機天生就能更好地學會在倫敦的大街小巷中熟練地穿梭。
馬圭爾運用十分簡單卻很有說服力的方法解答了上述這些懷疑：她追蹤觀察一組正在申請許可的出租車司機的情況，從他們接受培訓開始，直到他們要么通過了測試，成為獲許可的出租車司機，要么中途被淘汰并繼續從事其他職業。特別是，她招募了剛剛開始接受培訓、正在申請許可的79名出租車司機（全部都是男性）作為研究對象，另外招募了31名年齡相仿的男性作為控制組。她對所有人的大腦進行了掃描，發現正在申請許可的出租車司機與控制組成員之間的海馬體后部的大小并無差別。
四年后，她重新觀察了這兩組對象。這個時候，當初的79名申請許可的出租車司機中，已有41人獲得了許可，成為出租車司機，另外的38人則不再接受培訓，或者沒能通過測試。因此，此時參加對比的有三個小組：已經獲許可的出租車司機，他們對倫敦的街道已然十分熟悉，并通過了系列測試；曾接受培訓的出租車司機，他們對倫敦的街道并不十分熟悉；以及那些根本沒有接受過培訓的控制組成員。馬圭爾再度掃描了他們的大腦，并計算了每個人海馬體后部的尺寸。
研究結果讓她備感震驚。不過，如果她曾經測量過健身愛好者的肱二頭肌，本不應該對這些結果感到驚奇，但她沒有這樣做過，她只是測量了大腦中不同部位的尺寸。在接受過出租車司機培訓的那兩組實驗對象中，繼續參加培訓并成為獲許可的出租車司機的那些人，海馬體后部的體積明顯大一些。相反，中途不再參加培訓或者沒能通過出租車司機系列測試的人們，或是那些和出租車培訓項目毫無關系的控制組成員，其海馬體后部的尺寸沒有變化。幾年過去了，由于熟練掌握了倫敦的地理情況，獲許可的出租車司機的海馬體后部已經變大了，這是因為它負責空間導航。
2011年，馬圭爾發表了這項研究的成果，這也許是證明人類大腦為響應密集訓練而發展和改變的最引人關注的證據。此外，她的研究還有一層清晰的含義：獲許可的出租車司機的海馬體后部，潛藏著更多的神經元和其他組織，增強了他們的導航能力。你可以把倫敦出租車司機的海馬體后部想象成男性健美運動員經過高強度訓練之后的胳膊和肩膀。他們年復一年地訓練啞鈴、鞍馬、雙杠、自由體操，練就了一身的肌肉，而這些肌肉又與他們在那些不同器械上要做的各種運動完美匹配起來，實際上，這使得他們可以做各種體操動作，遠遠突破了他們剛開始訓練時的極限。出租車司機的海馬體后部也同樣“膨脹”，但其中充滿的是腦組織，而不是肌肉纖維。
大腦擁有無限的適應能力
21世紀頭10年之前，大多數科學家斷然否認類似馬圭爾等人對倫敦出租車司機的大腦進行研究的成果，他們覺得這不可能。科學界一般認為，一旦某個人已成年，他的大腦“布線”就已經相當固定了。沒錯，我們每個人都明白，在你學習一些新知識時，大腦的某些部位一定會有一些調整，科學家們認為，這些調整只不過是強化了某些神經連接，弱化了另一些神經連接，因為大腦的整個結構及其各種各樣的神經網絡仍然是固定的。上述這種觀點，與下面這種觀點密切相關：個人在能力上的差別，主要由大腦“布線”的不同而導致，它是由遺傳基因決定的，而學習，只不過是發揮某人遺傳潛能的一種方式而已。
一個常用的隱喻是把我們的大腦描述成電腦：學習就像載入數據或安裝新的軟件，使你可以做一些以前做不到的事情，但你的最終效果總是受到一些因素的限制，比如隨機存取存儲器（RAM）中的數據數量，以及中央處理器（CPU）的能力，等等。
身體的適應能力
相反，如我們已經提到的那樣，人們身體上的適應能力總是更容易辨別。關于身體的適應能力，我最喜歡用做俯臥撐的例子來證明。如果你在20多歲的時候身體相對健康，而且是男性，你也許能做40個或50個俯臥撐；如果你能做100個，你的朋友可能對你刮目相看，而且，如果他們和你打了賭，那他們毫無疑問會輸。那么，根據上面的這些信息，你認為俯臥撐的世界紀錄會是多少個？500個還是1000個？1980年，一位日本人創下了連續做10507個俯臥撐的紀錄。在此之后，吉尼斯世界紀錄不再接受人們提交的紀錄申請，轉而接受在24小時之內做完的最多次數俯臥撐的紀錄。1993年，一位美國人在21小時21分鐘之內做完了46001個俯臥撐，這一紀錄當前仍然沒有被打破。
或者，想一想引體向上的例子。即使是相對健康的男性朋友，通常也只能做10個或15個，盡管如此，如果你真的訓練過，也許可以做40個或50個。但在2014年，一位捷克人在12小時之內做了4654個引體向上。
簡單地講，人類身體的適應能力令人難以置信。這種適應能力，不僅僅是骨骼肌肉的，還是心臟、雙肺、循環系統、身體的能量儲存以及更多其他方面的，凡是與身體爆發力和耐力相關的各個方面，都包括在內。盡管適應能力依然存在極限，但并沒有跡象表明我們已達到那些極限。
從馬圭爾以及其他學者的研究成果中，我們了解到，大腦的適應能力也與我們身體的適應能力非常相似，不但程度相近，而且類別相差無幾。
盲人大腦如何“重新布線”
對這種適應能力（或者像神經系統科學家所說的“可塑性”）最早的觀察結果，在一些研究中多次出現，這些研究著眼于盲人或聾啞人的大腦怎樣“重新布線”，以便為大腦中專門用于處理視覺或聽覺的部分找到新的用途，這些部分對于失明或失聰的人來說已經用不上了。絕大多數失明者由于眼睛或視覺神經出了問題，無法看見東西，但視覺皮層和大腦中其他的部位依然在充分運轉；他們只是無法從眼睛那里獲得任何信息。如果說大腦真的像電腦那樣是硬連接的，那么，這些視覺區域永遠在那里空閑著。不過，我們現在知道，大腦會重新分配它的神經元的路徑，以便這些以其他方式無法得到運用的區域也可以用來做其他的事情，特別是涉及其他感覺（如觸覺、味覺、嗅覺等）的事情。失明者必須依靠其他那些感覺，從周邊的環境中獲得信息。
例如，為了能夠閱讀，失明者要用他們的指尖來觸摸布萊葉點字法（盲文的一種）上突起的小點點。研究人員使用磁共振成像機器來觀察失明的研究對象在閱讀盲文時大腦的活動，看到大腦中發亮的部分，就是視覺皮層。對于視力正常的人們，視覺皮層可能在處理來自雙眼（而不是指尖）的信息時才會發亮；但對于失明者，視覺皮層幫助他們解讀在指尖觸摸到盲文上突起的小點點時的感覺。
有趣的是，重新布線并不只是發生在沒有以其他方式得到運用的大腦部位上。如果你足夠多地練習做某件事情，你的大腦會改變某些神經元的用途，以幫助完成那件任務，即使它們已經有了其他事情要做。在這方面，最引人關注的證據也許來自20世紀90年代科學家所做的一個實驗。研究人員觀察了一組十分熟練的盲文閱讀者在閱讀時，控制他們手上各個不同手指的大腦部位的情況。
參與研究的是用三個指頭來閱讀盲文的失明者，也就是說，他們用食指來閱讀構成單個字母的點的圖案，用中指來判斷字母之間的空間，用無名指來追蹤他們閱讀時特定的行數。大腦中負責控制手指的部位通常開始布線，以便每個手指頭的動作都有一個截然不同的部位負責。例如，正是因為這樣，我們才有可能清晰地判斷哪個指頭的指尖碰到了物體，以及碰到的物體究竟是鉛筆筆尖還是一顆圖釘，而根本不需要低頭去看我們的手指。研究中的參與對象是一些盲文老師，他們每天都要用手指頭去觸摸盲文，一摸就是幾個小時。研究人員發現，他們經常使用三個手指頭，已經使大腦中專門用來負責這三個指頭的部位增大了許多，以至于那些部位到最后都重疊起來了。結果，參與研究的對象對這三個指頭上的觸覺格外敏感，和視力正常的研究對象相比，他們能夠察覺到輕柔得多的觸碰，但通常無法分辨到底是觸碰了三個指頭中的哪一個。
這些對失明研究對象的大腦可塑性的研究，類似于對失聰研究對象的大腦可塑性的研究，其結果告訴我們，大腦的結構和功能并不是固定不變的。它們會根據你對它們的運用而改變。因此，通過清醒的、刻意的練習，以我們期望的方式來塑造大腦，包括你的大腦、我的大腦以及任何人的大腦，都是可能的。
研究人員剛剛開始探索可以將這種可塑性付諸運用的各種不同方式。迄今為止最引人關注的結果，可能對一些特定人群有特別的含義，即那些隨著年齡增大而飽受遠視痛苦影響的人們。幾乎每個50歲以上的人，對那種遠視都有切身體會。這項研究是由美國和以色列的神經系統科學家及視力研究人員進行的，其結果于2012年發布。科學家組織了一組中年志愿者作為研究對象，他們所有人都難以對附近的物體聚焦。這種情況，官方的名稱是老花眼，是由于眼睛本身的問題而造成的，因為眼睛的晶狀體失去了伸縮性，使得人們更難充分地聚焦，以觀察微小的細節。此外，老花眼還存在一種難以覺察亮與暗之間的對比度的情況，這加劇了聚焦的難度。這些結果，對于驗光師和眼鏡商來說是一種好處，卻時刻困擾著50歲以上的人群，他們中幾乎所有人都需要佩戴老花鏡才能閱讀或者從事需要細致觀察的工作。
研究人員讓研究對象每周來實驗室3次左右，連續3個月保持這樣的頻率，并且每次花30分鐘來訓練他們的視力。研究人員要求他們觀察一張小小的圖片，將圖片放置在與其形狀非常相似的背景之中；也就是說，圖片與背景之間的對比度很小。要觀察圖片，需要高度集中注意力，還得付出巨大的精力。隨著時間的推移，研究對象學會了迅速而準確地辨別圖片。到3個月的訓練結束時，研究人員組織了測試，以了解研究對象能夠觀察多大尺寸的圖片。總體而言，研究對象能夠閱讀比他們在剛開始訓練時小了60%的文字，而且，每位研究對象都改進了視力。此外，在訓練之后，研究對象能夠不戴眼鏡讀報了，這是他們中大多數人在接受訓練之前無法做到的。不但如此，他們讀報的速度也比從前更快了。
令人驚奇的是，所有這些改進，并非由眼睛本身的變化造成。研究對象的眼睛還和從前一樣，晶狀體依然缺乏伸縮性，而且難以聚焦。相反，這些改進是由他們大腦中某些部位的改變引起的，這些部位負責解讀來自眼睛的視覺信號。盡管研究人員并沒有準確地指出這些改變到底是什么，但他們認為，研究對象的大腦學會了對圖片“去模糊”。人們看圖片模糊，是由兩種不同的視覺缺陷共同引起的，一是無法看清微小的細節，二是難以察覺對比度中的差別。這兩個問題，都可以借助在大腦中執行的圖片處理來緩解，其方式很大程度上與電腦中的圖片處理軟件一樣，或者像照相機那樣，可以通過操縱對比度等來修飾圖片。開展這項研究的研究人員認為，他們的訓練教會了研究對象的大腦對視覺信號進行更好的處理，這反過來使研究對象能辨別更加細微的細節，不需要改善來自眼睛本身的信號。
走出舒適區的重要性
為什么人類的身體與大腦一開始就具有如此強大的適應能力呢？諷刺的是，它全都源于這樣一個事實：單個的細胞和組織在盡最大的努力使一切保持相同。
身體偏愛穩定性
人類的身體有一種偏愛穩定性的傾向。它保持穩定的內部溫度，保持穩定的血壓和心率，并使得血糖穩定、PH值（即酸堿度水平）平衡。它使我們的體重日復一日地保持合理的一致。當然，所有這些全都不是完全靜態的。例如，如果進行鍛煉，人們的心率會加快；如果暴飲暴食，人們的體重會增加；如果節食，人們的體重會下降。但是，這些變化通常是暫時的，而身體最終會回到它原來的模樣。對于這種現象，技術上的術語是“體內平衡”（homeostasis），它只是意味著一個系統（可以是各種類型的系統，但最常見的是一種活著的生物，或者是活著的生物的某些部位）以一種保持其自身穩定性的方式來行動的趨勢。
單個的細胞也喜歡穩定性。它們保留一定的水分，并且通過控制著哪些離子和分子留在細胞膜之內，哪些則排出細胞膜之外的方式，調節正離子和負離子（特別是鈉離子和鉀離子）以及各種各樣小分子的平衡。對我們來說更為重要的是，如果要讓細胞有效地運轉，就需要一個穩定的環境。假如周圍的組織過熱或者過冷；假如它們的流動水平過快，超出了理想的范圍；假如氧氣含量下降過快；或者假如能量供應過于緩慢，都會破壞細胞功能的發揮。如果這些變化幅度太大且持續時間過長，細胞就開始死去。
因此，身體需要各種各樣反饋機制的支持，這些反饋機制著力維持現狀。想一想，當你進行某種強有力的體育活動時，會發生什么。肌肉纖維的收縮使單個的肌肉細胞擴大它的能量與氧氣的供應，這些能量與氧氣需要由附近的血管來補充。但現在，隨著血流中的氧含量和能量供應量下降，身體需要采取各種措施來響應。
心跳開始加快，以增加血液中的氧含量，并排放更多二氧化碳。身體儲存的各種不同能量都轉換成肌肉可以使用的那種能量，并注入血流之中。與此同時，血液循環也加快，以便更好地將氧氣和能量傳送到需要它們的身體部位上去。
只要體育鍛煉并非費力到讓身體的體內平衡機制無法正常運行，那么，它基本上不會引起身體上的生理變化。從身體的角度來看，它沒有理由改變；一切還是照常運轉。但當你從事持續而有力的體育鍛煉，使得身體超出了體內平衡機制能夠補償的界限時，就是另一回事了。
被迫走出舒適區之后
超出界限后，你的身體系統和細胞自身會處在異常狀態下，含氧量和各種與能量相關的化合物含量都異常低，比如葡萄糖、二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），等等。各種細胞的新陳代謝不再像往常那樣繼續下去，因此，細胞中的生物化學反應，與正常狀態下完全不同，產生的生物化學產品也和細胞通常產生的完全不同。細胞對這種狀態的改變不滿意，它們通過升高細胞DNA中的一些不同的基因來響應。（DNA中的大多數基因，在任何特定的時間都是不活動的，而細胞會“打開”和“關閉”各種不同的基因，這取決于它在那個時刻需要些什么。）這些剛剛激活的基因將打開或者提升細胞內部各種生物化學系統，由那些系統來改變細胞的行為，使細胞順應這樣的事實：細胞和周圍的系統已經被迫走出了它們的“舒適區”。
細胞內部到底是怎樣進行活動以應對這些壓力的，其細節極為復雜，研究人員還只是剛剛開始揭示它們。例如，在一項關于老鼠的研究中，從事研究的科學家計算了112種不同的基因，當老鼠后腿的某塊特定肌肉上的負荷突然增大時，這些基因便會打開。通過已經打開的特定基因來判斷，順應包括許多方面，比如肌肉細胞的新陳代謝發生改變、細胞的結構發生改變以及肌肉細胞形成的速度發生改變。所有這些改變，最終的結果是強化了老鼠的肌肉，以便它們能夠應對增加的負荷。老鼠還被逼著走出了舒適區，而肌肉對此的順應方式是：變得足夠強壯，以建立新的舒適區。這樣就重新建立了體內平衡。
這就是體育鍛煉制造身體變化的一般模式。當身體的系統（比如某些肌肉、心血管系統或者其他系統）感受到壓力，以至于原來的體內平衡無法繼續保持下去時，身體便會開始響應那些變化，目的是重新建立體內平衡。比如，假設你開始執行一個有氧運動的計劃，如每周慢跑三次，每次跑半個小時，使你的心率保持在最大心率的70%左右的水平（對于年輕人，應當超過140次）。這種持續的活動，將使得供應腿部肌肉的毛細血管的氧含量降低。于是，你的身體將通過生長新的毛細血管的方式來應對，以便為腿部的肌肉提供更多的氧，并使你的雙腿重新回到它們的舒適區。
這正是我們可以怎樣利用身體對體內平衡的渴望而推動變化的例子：足夠努力地鍛煉，并且保持足夠長的時間，那么，身體將以各種方式來改變，使得那種努力變得更容易。你會稍稍變得更強壯一些，積累一定的耐力，身體也變得更協調一些。但這里也有一個陷阱：一旦補償已發生，也就是說，新的肌肉纖維已經生長出來并變得更加高效，新的毛細血管也已長出，等等。那么，身體就能輕松應對以前感到十分艱難的那些體育鍛煉活動了，它會再度感到舒服。改變也停止了。因此，要使改變不斷進行下去，你必須不斷地加碼：跑得更遠一些、更快一些，并且爬坡跑。如果你不繼續給自己施加一些壓力，身體將會保持體內平衡，盡管此時的體內平衡不同于以前，但你將停下改進的腳步。
挑戰越大，變化越大，但不要太過
這解釋了持續將自己推出舒適區的重要性：你要使身體的補償變化不停地發生，但如果一下子推得太猛，使自己遠遠離開了舒適區，就有可能受傷，而且，事實上反而阻礙了你的提高。至少，這是身體響應體育鍛煉活動的一種方式。對于這些方面，科學家已經了解了許多，但他們對人類大腦如何響應心理上的挑戰，卻知之甚少。
身體與大腦的一個主要差別是：成年人大腦中的細胞，一般并不會分裂并組成新的大腦細胞。當然，也有少數幾種例外，比如在海馬體中，新的神經元可以生長，但發生在絕大多數大腦部位之中的、為了順應心理挑戰而進行的改變（比如通過訓練對比度來提高人們的視力），沒有包含新的神經元的長出和發育。相反，大腦會以各種不同方式來“重新布線”那些網絡，例如，強化或弱化神經元之間的各種連接，同時還增加新的神經元連接或摒棄舊的神經元連接。髓磷脂的含量也會增加，在神經細胞周圍形成的隔離鞘，允許神經信號更加迅速地傳遞；髓鞘形成可以使神經脈沖的速度提高10倍之多。因為這些神經元網絡負責思考、記憶、控制移動、解讀感官信號以及大腦的所有其他功能，重新調整和加快這些網絡的運轉速度，使人們可以做各種各樣的事情，譬如不用戴眼鏡讀報，或者迅速確定從甲地到乙地的最佳路徑等，那些事情都是以前做不了的。
一個人遇到的挑戰越大，在一定程度上，大腦中的變化也越大。一方面，最近的研究表明，人在學習一項新的技能時，如果能夠觸發大腦結構的變化，那么，這種學習比起只是繼續練習已學會的某項技能時的學習要高效得多。另一方面，在過長的時間內過分地逼迫自己，可能導致倦怠和學習低效。大腦和身體一樣，對于處在舒適區之外卻離得并不太遠的“甜蜜點”上的挑戰，改變最為迅速。
練習改變大腦結構
人類大腦和身體通過發展新的潛力以響應各種挑戰的事實，其背后潛藏的原理是有目的的練習和刻意練習的有效性。倫敦出租車司機、奧運會體操選手或者音樂節上小提琴演奏家等人的訓練，事實上是一種充分利用大腦和身體的適應能力發展和提升新能力的方法，而這些能力，我們以前并沒有通過其他方式來發展和提升。
音樂訓練如何改變大腦
要證實上述觀點，最好是觀察音樂能力的發展與提升。過去20多年，研究人員極為細致地研究了音樂訓練如何影響大腦，以及那些影響反過來如何造就在音樂上的極高造詣。最有名的研究發表在1995年的《科學》（Science）期刊上。阿拉巴馬大學伯明翰分校的心理學家愛德華·陶布（Edward Taub）與四位德國科學家合作，招募了六位小提琴演奏家、兩位大提琴演奏家和一位吉他演奏家，這些人全都不是左撇子。研究人員對他們的大腦進行了掃描。另外，他們還招募了六位并非音樂家的實驗對象作為控制組成員，作為那些音樂家的參照對象。陶布想了解的是，這兩群人在他們的大腦中專門用于控制手指的部位上有哪些區別。
陶布最感興趣的是音樂家左手的手指。演奏小提琴、大提琴或者吉他，需要對那些手指進行超常的控制。手指得在樂器上來回滑動，而且需要在琴弦之間來回切換（有時，這種切換的速度奇快無比），還必須異常準確地把手指放在特定的位置。此外，從樂器中發出的許多抖動的聲音，比如顫音等，涉及手指放在某些位置時的滑動或顫動，通常需要大量的練習才能熟練掌握。左手的大拇指幾乎不會用到，主要只是用一些力氣，以便左手握緊樂器。右手的功能也比左手簡單得多，對大提琴和小提琴演奏家而言，主要是握住琴弓，而對吉他來說，主要是撥彈或捏住弦。簡單地講，對這類樂器演奏者的訓練，重點是加強他們對左手手指的控制。因此，陶布提出的問題是：這會對大腦產生什么影響？
陶布的團隊使用腦磁波描記器來確定研究對象的大腦控制了哪些手指，這種儀器通過檢測大腦中細微的磁場，勾畫了大腦的活動。特別是，實驗人員還觸碰了研究對象的單個手指，并觀察每次觸碰時，他的大腦的哪些部位給予了響應。實驗人員發現，與非音樂家研究對象相比，音樂家大腦中控制左手的區域明顯大得多。特別是控制手指的大腦區域，已經占據了通常專門用于控制手掌的那些區域的一部分。此外，音樂家開始演奏的時間越早，這種膨脹就越明顯。相反，在音樂家與非音樂家的實驗對象控制右手手指的大腦區域中，研究人員并沒有發現任何差別。
這些研究的含意是明顯的：音樂家年復一年地練習某種弦樂器，使他們大腦中控制左手手指的區域逐漸變化，從而使他們控制那些手指的能力也日漸增強。
這次研究之后的20年里，其他研究人員詳細闡述了其研究成果，并描述了音樂訓練影響大腦構造和運行的各種不同方式。例如，與非音樂家的研究對象相比，音樂家在控制移動中發揮著重要作用的大腦部位，也就是小腦，通常大一些，而且，音樂家訓練的時間越長，小腦也越大。與非音樂家的研究對象相比，音樂家在皮層的各種不同部位中擁有更多的腦灰質（一種包含神經元的大腦組織），包括軀體感覺區（觸覺和其他感覺）、頂上區（來自雙手的感覺）以及前運動皮層（計劃移動和引導在空間中的運動）。
對于那些沒有接受過神經科學培訓的人們，一旦知道哪些大腦區域中到底會發生什么，可能會讓他們感到震驚，但從宏觀來看，卻是十分清楚的：音樂訓練以各種不同方式改變了大腦的結構與運行，使人們的音樂演奏能力進一步增強。換句話講，最有效的訓練形式其實不只是幫助你學會某種樂器的那些訓練，而且是更深入和更高級的訓練，這些訓練確實增強了你演奏樂器的能力。當你演奏音樂時，這些訓練改變了你大腦中的部位，從某種程度上提升了你自己的音樂“天賦”。
從純智力技能到純體格技能
除了音樂領域之外，科學家在其他行業或領域所做的這類研究不是太多，盡管如此，在科學家已經研究的每一個行業或領域，結果都相同：長期的訓練，使大腦中與那種特定技能相關的部位發生了改變。這些研究有的著眼于純智力的技能，比如數學能力。例如，與非數學家的研究對象相比，數學家的頂下小葉中的腦灰質明顯多得多。這個大腦區域負責數學計算和看見空間中的物體，在數學領域的許多方面，這些功能十分重要。此外，它恰好也是研究過阿爾伯特·愛因斯坦的神經系統科學家十分關注的大腦區域。那些科學家發現，愛因斯坦的頂下小葉比常人大許多，而且形狀也格外異常，這些發現使得科學家們推測，愛因斯坦的頂下小葉，可能在他進行抽象數學思考方面發揮著至關重要的作用。難道像愛因斯坦那樣的人，一生下來就擁有比常人更發達的頂下小葉，因而具有擅長數學思考的天賦嗎？你可能會這樣想，但是，研究人員對數學家與非數學家大腦部位的尺寸進行過研究，結果發現，那些從事數學研究工作時間越長的數學家，其右側的頂下小葉中腦灰質越多，這可能意味著，頂下小葉這個部位更大，是他進行大量數學思考的結果，而不是天生就如此。
許多科學家對那些既有心理因素又有生理因素的技能開展了眾多研究，比如音樂演奏。最近的一項調查關注了滑翔機飛行員和非飛行員的大腦，發現飛行員的大腦在幾個不同區域中擁有更多的灰色區域，包括左腹側前運動皮層、前扣帶皮層以及輔助眼區。這些區域似乎涉及許多方面，包括學習怎樣使用滑翔機的控制桿，在飛行時將指示滑翔機方位的身體平衡信號與視覺信號進行對比，以及控制眼睛運動等。
即使是我們通常認為的純“體格技能”，比如游泳或體操（這些運動需要謹慎地控制身體的移動），大腦也在其中發揮著重要的作用，研究發現，訓練也造就了大腦的改變。例如，競技跳水運動員與非競技跳水者相比，在測量大腦區域中腦灰質數量的一個指標（即皮層厚度）上，前者在三個特定區域中都更厚一些，所有這三個區域都在覺察和控制身體的移動方面發揮著作用。
三個重要細節
盡管由于技能不同，具體細節也各不相同，但總的規律不變：經常性的訓練會使大腦中受到訓練挑戰的區域發生改變。大腦通過自身重新布線的方式來適應這些挑戰，增強其執行那些挑戰所需功能的能力。從那些關于訓練對大腦影響的研究中，我們應當可以得出這樣一條基本信息，但還有其他更多細節值得一提。
第一個值得一提的細節是：訓練對大腦的影響。可能隨著年齡增長，在幾個方面有所不同，最重要的方面是：年輕人的大腦，即兒童和青少年的大腦，比成年人的大腦更具適應能力，因此，年紀越小，訓練產生的影響也越大。因為年輕人的大腦會以諸多不同方式來發育，因此，幼年時期進行的練習，實際上可以塑造后來的發育路線，從而造就更大的改變。這就是“折彎幼枝效應”。如果你將一根剛剛長出來的幼枝稍稍折彎一點點，那么到最后，那根樹枝生長的位置，可能會發生重大改變；而如果你去折彎已經長成了的樹枝，這種影響則小得多。
這種效應的一個例子是，與非音樂家相比，成年鋼琴家大腦的某些區域通常擁有更多的腦白質，這種差別完全由他們在兒童時期經常練習所致。孩子越早開始練鋼琴，長大后腦白質也就越多。因此，盡管你也可以在成年以后再開始學彈鋼琴，但與兒童時期開始學相比，大腦中不會產生更多的腦白質。目前，并沒有人知道這在現實中有怎樣的含義，但一般來講，腦白質增多，可以加快神經信號的傳送，因此，在兒童時代練習彈鋼琴，似乎能使練習者具有一定神經學上的優勢，這是成年以后練鋼琴無法比擬的。
第二個值得一提的細節是，通過超長時間的訓練來發展大腦中的某些部位，可能得付出一些代價。在許多案例中，那些已經超常發展了某項技能或能力的人，在另一些行業或領域則出現了退化。馬圭爾對倫敦出租車司機的研究，也許就是最好的例子。到了四年的訓練結束時，受訓者要么完成了訓練，成為獲許可的出租車司機，要么不再嘗試，此時，馬圭爾再用兩種方法測試他們的記憶。一種方法涉及認識不同倫敦地標的位置，對此，已經成為獲許可出租車司機的人比其他實驗對象強得多。第二種方法是空間記憶的標準測試，即在延遲30分鐘之后再記住復雜的圖案，這一次，獲許可的出租車司機，比那些從來沒有接受過出租車司機培訓的實驗對象，表現卻差得多。
相反，那些已被淘汰的受訓者與那些從未受過培訓的實驗對象幾乎相差無幾。由于在為期四年的實驗開始之時，所有三組實驗對象在這項記憶測試上的得分都很好，因此，唯一的解釋是，那些獲許可的出租車司機盡管提高了對倫敦街道的記憶，卻導致其他類型的記憶力出現下降。盡管我們不能確定地知道是什么導致這種現象的發生，但是，似乎那些密集的訓練導致受訓者的大腦將越來越大的部分專門用于這種記憶，從而留給其他類型記憶的腦灰質變少了。
最后，由訓練引起的認知和生理變化需要繼續保持。如果停止訓練，它們便開始消失。例如，在沒有重力的太空中待了幾個月的宇航員，一旦回到地球，會發現自己難以正常行走。另外，由于骨折或者韌帶撕裂而停止訓練的運動員，他們無法訓練的肢體將喪失大部分的力量和耐力。同樣的現象也在自愿參加研究的運動員身上出現。在這些研究中，他們必須臥床一個月左右的時間。結果，力量下降了，速度減緩了，耐力消失了。
同樣的現象，對大腦也是一樣的。馬圭爾研究一組倫敦出租車司機時發現，他們海馬體后部區域中的腦灰質比活躍的出租車司機少一些，不過，依然比那些已經退休、從來沒有當過出租車司機的研究對象多一些。一旦這些出租車司機停止每天都運用自身導航記憶的訓練，那么，由于這種訓練而引起的大腦改變也將開始消失。
潛能可以被構筑
一旦我們以這種方式理解了大腦和身體的適應能力，便開始以完全不同的視角來思考人類的潛力，而且，這將我們引向了一種完全不同的學習路徑。
想想這個：大多數人在生活中從來沒有受到特別的身體挑戰。他們坐在辦公桌前，或者即使需要四處走動，也不用走動很多。他們不會奔跑和跳躍，不會去舉重物或者長距離投擲物體，而且不會進行大量的平衡和協調的運動。因此，他們的身體能力處于相當低的水平，盡管對日常活動來說已經足夠，甚至足以步行、騎單車，或在周末的時候玩一玩高爾夫或網球，但遠遠達不到受過高度訓練的運動員擁有的體能。這些“正常”的人們，不能在5分鐘之內奔跑1.5千米，或者在1小時之內跑完16千米；無法把棒球打到90多米的地方去，或者將高爾夫球擊出近300米；他們做不到在冰上做出三周跳的動作，或者在自由體操項目中完成三個后空翻。這些事情需要人們進行艱辛的訓練，通常比大多數人愿意做的訓練量大得多，但不管怎樣，這些能力也是能夠培養出來并發展提高的，因為人類的身體具有足夠的適應能力來響應訓練。大部分人做不到這些事情，并不是因為他們不具備做這些事情的能力，而是因為他們滿足于在舒適區中生活，從來沒有嘗試走出舒適區。他們生活在“足夠好”的世界中。
對于我們從事的所有心理活動，同樣是這個道理，從寫報告到駕駛汽車，從教課到經營組織，從賣房子到做大腦手術。我們在日常生活中已學到足夠多的東西，但是，一旦我們抵達了那個界限，很少迫使自己超出“足夠好”的范圍。我們很少去挑戰自己的大腦來生產新的腦灰質、腦白質，或者以有望成為倫敦出租車司機的人們或小提琴學生可能采用的方式，對整個大腦進行“重新布線”。很大程度上，這沒問題。一般說來，“足夠好”就是足夠好。但重要的是記住，選擇總是存在。如果你希望變得更擅長某件事情，你就可以做到。
而且，傳統的學習方法與有目的的練習或者刻意練習的方法之間存在著一種關鍵的差別，那便是：傳統方法并不是專門用于挑戰體內平衡的。它假設，不論是有意的還是無意的，這種學習全都涉及發揮你的內在潛力，并且意味著你可以發展某一特定的技能或能力，而不用走出你的舒適區太遠。從這種視角觀察，只要你進行訓練，便可以發展自己的潛力。事實上，訓練也是你唯一能做的。
然而，對于刻意練習，我們的目標不僅僅是發掘自己的潛能，而且要構筑它，以便從前不可能做到的事情變得可能做到。這要求挑戰體內平衡，也就是走出你的舒適區，并迫使你的大腦或身體來適應。一旦你做到這一點，學習便不再只是執行某些遺傳命運的方式；它變成了一種控制你自己命運的方式，也是一種按照你選擇的方法構筑潛力的方式。
下一個明顯的問題是：挑戰體內平衡和發展那種潛力的最佳方式是什么？我們將在本書余下的大部分內容中回答那個問題，但在那之前，要解決在本章中拋出的一個問題：我們到底在試圖提升大腦的什么？我們明顯知道，是什么改進了我們的身體能力。如果你長出了更多和更大的肌肉纖維，你就會變得更強壯。如果你增加了肌肉的能量貯存、提高了肺活量、改進了心跳能力以及循環系統的能力，那你的耐力將得到增強。但是，當你在參加培訓，立志當一位音樂家、數學家、出租車司機或者外科醫生時，你的大腦產生了什么樣的變化？令人驚奇的是，在所有這些區域中的改變，有一個共同的主題。理解該主題，是理解人們怎樣用心理組成要素在任何一個行業或領域發展并提升超常能力的關鍵。接下來我們會進行討論。
